بخشی از مقاله
چکیده
سوپرآلیاژهای پایه نیکل به صورت گسترده در توربین های هوایی و زمینی گازی مورد استفاده قرار می گیرند. عمده مکانیزم استحکام بخشی این آلیاژها به وسیله توزیع رسوبات بین فلزی - Ni3 - Al,Ti - - می باشد. این رسوبات طی یک دسته عملیات حرارتی که شامل دو مرحله اصلی انحلال و پیرسازی است، ایجاد می شوند. در ایجاد یک ساختار در بر دارنده خواص مد نظر عملیات انحلالی از اهمیت بیشتری نسبت به پیر سازی برخوردار است.
در تحقیق حاضر با انجام عملیات حرارتی انحلالی در زمان ها و دماهای گوناگون و انجام عملیات پیرسازی در شرایط ثابت - زمان 24 ساعت و دمای 850 درجه سانتی گراد - سیکل رسوب سختی کامل گشت. مشخصه یابی رسوبات به وسیله SEM و FESEM انجام شد. نتایج حاکی از افزایش کسر حجمی رسوبات ثانویه و کاهش اندازه آنها با افزایش دما و زمان انحلال، پس از پیرسازی بود. سختی نمونه ها با افزایش دما و زمان انحلال، پس از انحلال کاهش و پس از پیرسازی افزایش یافت.
مقدمه
سوپرآلیاژها مواد پیشرفته و استراتژیکی هستند که قابلیت حفظ خواص مهندسی خود را در دماهای بالاتر از تبلور مجددشان دارند. این دسته از مواد از طریق ایجاد و توزیع رسوبات هم سیما - Ni3 - Al,Ti - در زمینه و جلوگیری از حرکت نابه جایی ها به وسیله مرزهای ضد فاز مستحکم می شوند2]و.[1 ریزساختار و به تبع خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل به فرآیندهای اولیه و ثانویه تولیدشان وابسته است، به عنوان مثال عملیات حرارتی نقش بسزایی در خواص مکانیکی این آلیاژها چه در دمای محیط و چه در دماهای بالا دارد.
فرآیندهای تولید ثانویه زیادی بر روی سوپرآلیاژهای پایه نیکل از قبیل عملیات حرارتی، جوشکاری و پوشش دهی به منظور ارتقا کیفیتشان انجام می گیرد. عملیات حرارتی که بر روی این دسته از مواد انجام می گیرد متشکل از دو مرحله اصلی انحلال و پیرسازی است که بسته به خواص مدنظر تعداد دفعات هر مرحله مشخص می گردد.
از طریق قرار دادن آلیاژ در دمایی که متعلق به ناحیه تک فازی است و دادن زمان مکفی یک آلیاژ تک فاز یا چند فاز با درصد کم از فازهای ثانویه ایجاد می شود، سپس قطعه را در ناحیه دوفازی در زمان های طولانی پیرسازی می کنند. زمینه فوق اشباع ایجاد شده در مرحله انحلال بستر مناسبی برای جوانه زنی و رشد رسوبات است. هر چه عملیات انحلالی با کیفیت تر انجام شود، فوق اشباع بیشتری در زمینه ایجاد می گردد؛ فلذا کسر حجمی رسوبات ثانویه پس از پیرسازی بیشتر می گردد.
تغییرات انرژی آزاد کل برای جوانه زنی رسوبات از رابطه زیر بدست می آید:
که در آن انرژی فصل مشترک رسوب بر واحد سطح، A سطح فصل مشترک جدید و زمینه، GV انرژی آزاد حاصل ازتشکیل رسوب و GS انرژی کرنشی است. تعامل دو عامل انرژی آزاد شیمیایی و انرژی فصل مشترک کنترل کننده جوانه زنی رسوب در زمینه است، هر چه زمینه فوق اشباع تر باشد انرژی آزاد شیمیایی بیشتر است و اندازه جوانه بحرانی کوچکتر خواهد بود.
از نکته ذکر شده چنین بر می آید که نرخ جوانه زنی رسوب حین پیرسازی و مشخصه رسوبات خلق شده به فوق اشباع ایجاد وابسته است و این فوق اشباع در انحلال ایجاد می گردد. پس می توان گفت خلق یک ریز ساختار مناسب پس از پیرسازی به شدت بسته به انجام هرچه بهتر انحلال است.
انجام عملیات حرارتی انحلالی سوپرآلیاژهای پایه نیکل وابسته به پارامترهای موثر بر نفوذ در فلزات و آلیاژهاست. این عملیات، عملیاتی تعادلی است بین انحلال و ترسیب. در یک سمت این تعادل انحلال رسوبات کوچک و بزرگ و در سمت دیگر مهاجرت و الحاق رسوبات کوچک به بزرگ، رسوبات کوچک به یکدیگر و رسوب گذاری های تازه در ابعاد نانومتری قرار دارد
در این تحقیق سعی بر آن است تا با استفاده از زمان و دمای عملیات حرارتی انحلالی، مناسب ترین شرایط برای انحلال سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی IN738LC انتخاب گردد و تاثیر پارامترهای انحلال بر کیفیت ریزساختار الی الخصوص نانو رسوبات ثانویه مورد بررسی قرار گیرد.
مواد و روش تحقیق
برای انجام این تحقیق مواد باقی مانده در راه گاه هایی به جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی IN738LC تهیه گردید. ترکیب شیمیایی این آلیاژ در جدول 1 نشان داده شده است. نمونه های استوانه ای شکلی به قطر و ارتفاع 1cm به وسیله وایرکات آماده شد. به منظور بررسی اثر دما و زمان انحلال بر ریزساختار پس از انحلال و پیرسازی، نمونه ها مطابق با شرایط قید شده در جدول 2 در یک کوره تیوبی با اتمسفر آرگون خالص صنعتی تحت سیکل رسوب سختی قرار گرفتند.
نمونه ها پس از انجام عملیات انحلال و یک بار پس از عملیات پیرسازی مطابق استاندارد ASTM E 82-16 با بار 0/1 kg و زمان 15s ریز سختی سنجی شدند.[12] پس از انجام هر مرحله نمونه ها بعد از آماده سازی سطحی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری SEM مدل VEGA / TESCAN و میکروسکوب الکترونی عبوری گسیل میدانی FESEM مدل MIRA3 ساخت کشور چک مورد بررسی ریزساختاری قرار گرفتند. برای این منظور نمونه ها توسط محلول 10%H3PO4+90%H2O در زمان 4 الی 6 ثانیه تحت اختلاف پتانسیل 3-4V و شدت جریان 120mA/cm2 مورد حکاری الکتریکی قرار گرفتند.[13] نتایج این اقدامات در بخش بعدی ارائه و بررسی می گردد.
نتایج و بحث
در شکل 1 تصویر SEM نمونه بعد از ریخته گری نشان داده شده است. همانطور که مشخص است کسر حجمی بسیار زیادی از رسوبات به صورت تودهای فشرده و کشیده یافت می شوند. وجود کاربیدهایی با اندازه حدود 13ʽm حاکی از مدت زمان لازم و طولانی انجماد و رشد کاربیدهای بلوکی MC بوده است.
